(57)【要約】【課題】ガラス基材と樹脂層との接合面における反射率を低減して、透過率の向上を図る。【解決手段】複合光学素子１は、ガラス基材１０の少なくとも一方の光学面に樹脂層１２が形成されていて、前記ガラス基材１０と樹脂材料層１２との間に隣接する凸部１４ａの頂上間の間隔を凸部間隔Ａとしたときに、前記凸部間隔Ａが使用波長領域における最も短い波長よりも小さい微細凹凸部１４を形成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子基材の少なくとも１つの光学面に樹脂材料層が形成された複合光学素子において、
前記光学素子基材と前記樹脂材料層との間に、隣接する凸部の頂上間の間隔を凸部間隔及び凸部の頂上と凹部の底面との間の間隔を凸部高さとしたときに、前記凸部間隔が使用波長領域における最も短い波長よりも小さい微細凹凸部を備えたことを特徴とする複合光学素子。
【請求項２】
前記凸部間隔が不均一であることを特徴とする請求項１に記載の複合光学素子。
【請求項３】
前記凸部高さが不均一であることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合光学素子。
【請求項４】
前記凸部間隔に対する前記凸部高さの比であるアスペクト比が２〜５であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の複合光学素子。
【請求項５】
前記微細凹凸部の表面にＳｉを含む膜を形成したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の複合光学素子。
【請求項６】
前記光学素子基材の曲面をなす光学面に、前記微細凹凸部を形成したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の複合光学素子。
【請求項７】
前記光学素子基材の曲面をなす光学面に、前記凸部間隔及び前記凸部高さの少なくとも一方が均一な微細凹凸部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の複合光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベースとなる光学素子基材の光学面に樹脂材料層を形成した複合光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
複合光学レンズ等の複合光学素子は、ベースとなる光学レンズの少なくとも一方の光学面に樹脂材料層を形成し、全体として非球面レンズの性能を持たせたものであり、このような複合光学素子は、単一の光学レンズでは得られない優れた性能を有することから、撮影光学系を有するカメラや、顕微鏡、内視鏡等の医療機器の分野等において重用されている。しかしながら、このような複合光学素子は、界面（異なる二つの相の境界面）で光線の反射が発生して透過率が悪くなるおそれがあることが知られている。
【０００３】
そこで、このような界面での反射を防止するべく、従来技術として、例えば、特許文献１には、ガラス素材上に紫外線硬化型樹脂よりなる樹脂層を形成した光学素子に関する技術が開示されている。この従来技術によれば、ガラス素材と樹脂層との間に、該ガラス素材から樹脂層へ向けて、光学的膜厚λ/４（λは設計中心波長）のＡｌ2Ｏ3からなる第１層と、光学的膜厚λ/２のＳｉＯ2からなる第２層を積層し、ガラス素材と紫外線硬化型樹脂層との間の界面での反射を防止するというものである。
【特許文献１】特開平９−２６５００２号公報（第２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のように、ガラス素材と樹脂層との間に２層の反射防止層を設けることは、その分製造工程が増えるためコストアップとなるおそれがある。また、光学素子基材の光学面が平面でない場合は、形成される膜厚にバラツキが生じ、結果として光学性能にバラツキが発生する。特に、光学素子基材の光学面の曲率半径が小さい場合には、その影響が顕著に現れることが予想される。
【０００５】
本発明は、斯かる課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、光学素子基材と樹脂材料層との接合面における反射率を低減して、透過率の向上を図ることができる複合光学素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明の複合光学素子にあっては、光学素子基材の少なくとも１つの光学面に樹脂材料層が形成された複合光学素子において、
前記光学素子基材と前記樹脂材料層との間に、隣接する凸部の頂上間の間隔を凸部間隔及び凸部の頂上と凹部の底面との間の間隔を凸部高さとしたときに、前記凸部間隔が使用波長領域における最も短い波長よりも小さい微細凹凸部を形成したことを特徴とする。
【０００７】
また、前記目的を達成するため、本発明の複合光学素子にあっては、前記凸部間隔が不均一であることを特徴とする。
また、前記目的を達成するため、本発明の複合光学素子にあっては、前記凸部高さが不均一であることを特徴とする。
【０００８】
また、前記目的を達成するため、本発明の複合光学素子にあっては、前記凸部間隔に対する前記凸部高さの比であるアスペクト比が２〜５であることを特徴とする。
また、前記目的を達成するため、本発明の複合光学素子にあっては、前記微細凹凸部の表面にＳｉを含む膜を形成したことを特徴とする。
【０００９】
また、前記目的を達成するため、本発明の複合光学素子にあっては、前記光学素子基材の曲面をなす光学面に、前記微細凹凸部を形成したことを特徴とする。
また、前記目的を達成するため、本発明の複合光学素子にあっては、前記光学素子基材の曲面をなす光学面に、前記凸部間隔及び前記凸部高さの少なくとも一方が均一な微細凹凸部を形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光学素子基材と樹脂材料層との境界面における光線の反射率を低減することができ、光学素子全体として透過率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
［第１の実施の形態］
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る複合レンズの断面正面図を示す。図１（ｂ）はその部分拡大図を示す。本実施の形態では、光学素子基材１０の光学面に樹脂材料層１２を形成した複合光学素子１において、光学素子基材１０と樹脂材料層１２との間に、隣接する凸部１４ａ，１４ａの頂上間の間隔を凸部間隔Ａ、及び凸部１４ａの頂上と凹部１４ｂの底面との間の間隔を凸部高さＢとしたときに、前記凸部間隔Ａが使用波長領域における最も短い波長よりも小さい微細凹凸部１４を連続して形成したものである。
【００１２】
ここで、前記凸部１４ａの頂上としては、該頂上に頂点を有する場合には、該頂点を頂上というものとし、該頂上に頂点を有さずに平坦面を有する場合には、平坦面の重心位置を頂上というものとする。また、凹部１４ｂの底面としては、凹部１４ｂの最深部をいうものとし、最深部が平坦面を有する場合には、平坦面の重心位置を底面とする。
【００１３】
樹脂材料層１２に用いられる樹脂材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、紫外線硬化型樹脂材料、熱硬化型樹脂材料、熱可塑性樹脂材料、又はこれらの樹脂材料に適宜選択される無機材料を添加した複合材料などが挙げられる。また、光学素子基材１０の材料としては、特に制限はないが、ガラス又は前記樹脂材料などが挙げられる。
【００１４】
本実施の形態では、個々の微細凹凸部１４における前記凸部間隔Ａが、使用波長領域における最短の波長よりも小さい凸部間隔Ａとなるように連続して形成している。例えば、一般の光学レンズ等を想定すると、可視光の波長（３９０〜７００ｎｍ）のうち一番短い波長（３９０ｎｍ）よりも短い波長で、かつその波長よりも小さい凸部間隔Ａの微細凹凸であることを意味する。
【００１５】
また、本実施の形態において、ガラス基材１０の光学的有効範囲の少なくとも一部においては微細凹凸部１４が連続的につながっていることが好ましいが、例えば、ガラス基材１０の光学的有効範囲外では、微細凹凸部１４が連続的につながっていなくてもかまわない。
【００１６】
微細凹凸部１４は、光学面の全面又は一部に形成することができ、特に、光学的機能を有する光学有効面に形成することが好ましい。また、本実施の形態では、ガラス基材１０の一方の面に微細凹凸部１４を設けているが、ガラス基材１０の両面に設けてもよい。
【００１７】
微細凹凸部１４における前記凸部間隔Ａや前記凸部高さＢは、均一であってもよいし、不均一であってもよい。更に、微細凹凸部１４における前記凸部間隔Ａや前記凸部高さＢが周期的に形成されていても、或いは非周期的に形成されていてもよい。なお、凸部高さＢが周期的とは、凸部高さＢが周期的に変化することをいう。
【００１８】
ガラス基材１０の光学面は、曲面であってもよく平面であってもよい。
なお、本実施の形態では、光学素子基材１０の表面に透明アルミナ膜を設け、この透明アルミナ膜に微細凹凸部１４を形成し、この透明アルミナ膜の表面に樹脂材料層１２を形成した場合について説明したが、例えば、光学素子基材１０の表面に直接的に微細凹凸部１４を形成し、この微細凹凸部１４の表面に樹脂材料層１２を形成するようにしてもよい。即ち、光学素子基材１０とは独立的に、又は光学素子基材１０の表面に直接的に微細凹凸部１４を備える形態が含まれる。また、本実施の形態では、光学素子基材１０は、少なくとも１つ以上の光学面を有し、該光学面の少なくとも１面に微細凹凸部１４を有している。
（光学素子基材の表面に微細凹凸部を形成する方法）
次に本実施の形態において、光学素子基材１０の表面に微細凹凸部１４を形成する方法を説明する。
【００１９】
光学素子基材１０の表面に微細凹凸部１４を形成するには、例えば、サンドブラスト等による機械研磨法あるいはフッ素やフッ硝酸などによるエッチング法が知られているが、ここでは、ガラス基材１０上に微細凹凸構造を設ける場合について説明する。
【００２０】
まず、ガラス基材１０上に、例えば、アルミニウムアルコキシドと安定化剤とからなる塗布液を塗布しアモルファスアルミナ膜を成膜した後、熱水処理し、次いで、乾燥、焼成することにより、空隙をもって花弁状にランダム集合体化した表面粗さ（Ｒａ'値）が１７ｎｍ以上の透明アルミナ膜を形成することにより微細凹凸構造を得ることが出来る（例えば、特開平９−２０２６４９号公報参照）。
【００２１】
ここで、異なる二つの相の屈折率に差があると、光学素子基材１０と樹脂材料層１２との界面において光線の反射が発生して透過率が悪くなるが、該界面に微細凹凸構造を採用した場合には、この界面での反射率が低減される。即ち該界面において、微細凹凸部１４の個々の断面における平均値で考えた場合に、微細凹凸部１４により、界面において序々に屈折率が変化して屈折率差が小さくなるからである。また、このことは複雑な計算によっても証明されているが、ここではその説明を省略する。
【００２２】
本実施の形態で用いられる光学素子基材１０及び樹脂材料層１２夫々の屈折率としては、例えば、光学素子基材１０としてガラス（Ｓ−ＬＡＨ５２）を用いた場合（（株）オハラ製）には、その屈折率は１．７９９５２（光線波長５８７．５６ｎｍ）であり、樹脂材料層１２として一般的な合成樹脂（紫外線硬化型樹脂）を用いた場合には、その屈折率は、１．５〜１．７程度である。
（光学素子基材の表面に樹脂層を形成する方法）
次に、光学素子基材１０の表面に樹脂材料層１２を形成する方法について説明する。
【００２３】
図１に示すように、複合光学素子１を形成するには、まずガラス基材（光学素子基材）１０の表面に、微細凹凸部１４を形成する。この場合、ガラス基材１０の表面に、サンドブラスト等により直接的に微細凹凸部１４を形成してもよいが、本実施の形態では、前述した微細凹凸部１４の形成方法を用いて、透明アルミナ膜に微細凹凸部１４を設けている。次に、このようにして微細凹凸部１４を形成したガラス基材（光学素子基材）１０の表面に、樹脂材料層１２を形成して複合光学素子１を成形する。本実施の形態に係る複合レンズにおいては、図２に示すように、ガラス基材１０を基材保持部材１１にて下方から保持し、この状態で、ガラス基材１０上に所定量の紫外線硬化型樹脂１２ａを供給する。この場合、紫外線硬化型樹脂１２ａは液状（又は粘性状）をなしており、また、供給される量はガラス基材１０に樹脂材料層１２を形成するために必要十分な量とする。
【００２４】
次に、図３に示すように、ガラス基材１０の上方に対向配置された金型１３をガラス基材１０に接近するように移動させて、ガラス基材１０との間隔を徐々に狭くしつつ、紫外線硬化型樹脂１２ａをガラス基材１０の光学面の全面に広げるようにして、所望の厚さの樹脂層（液状）を形成する。本実施の形態では、樹脂層（液状）の厚さは約０．３ｍｍとした。
【００２５】
次に、図４に示すように、ガラス基材１０の光学面に広げられた樹脂層（液状）に、下方から透明なガラス基材１０を通して紫外線を照射する。その結果、樹脂層（液状）が硬化して固体の樹脂材料層１２となる。
【００２６】
次に、図５に示すように、金型１３をガラス基材１０から離れるように、上方に移動させて樹脂材料層（固体）１２から剥離させる。こうして、ガラス基材１０の光学面に樹脂材料層（固体）１２が形成され、複合光学素子１が得られる。
【００２７】
本実施の形態によれば、ガラス基材１０と樹脂材料層１２との境界面における光線の反射率を低減して、透過率の向上を図った複合光学素子１を得ることができる。この場合、ガラス基材１０の光学面の曲率半径が小さくても、有効光学面の略全面にわたり均一な反射率の低減効果を得ることができる。
【００２８】
発明者の実験によると、界面の形状と微細凹凸部１４の種類に応じて次のような効果が得られた。
すなわち、ガラス基材１０の光学面が平面で、かつ微細凹凸部１４が周期的に形成されている場合は、得られた複合光学素子の光学的な評価が容易であり、特に平行光線が垂直に入射する場合は、反射も少なく最も効率がよい。また、ガラス基材１０の光学面が平面で、かつ微細凹凸部１４が非周期的に形成されている場合は、光線の入射角度に関わらず界面における反射防止効果が得られる。
【００２９】
一方、ガラス基材１０の光学面が曲面で、かつ微細凹凸部１４が周期的に形成されている場合は、得られた複合光学素子の光学的な評価は容易である。また、ガラス基材１０の光学面が曲面で、かつ微細凹凸部１４が非周期的に形成されている場合は、光線の入射角度に関わらず界面における反射防止効果を得ることができる。更に、光学面の曲率半径が小さい場合でも、光学面全面に渡って均一な反射防止効果が得られる。
[第２の実施の形態]
なお、「第１の実施の形態」で説明した部材と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
【００３０】
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る複合光学素子に形成された微細凹凸部１４を示す表面斜視図である。
本実施の形態における微細凹凸部１４は、凸部間隔Ａや凸部高さＢを不均一に形成したものである。
【００３１】
すなわち、平面状のガラス基材１０の表面に、凸部間隔Ａや凸部高さＢが不均一な微細凹凸部１４を形成したものである。この場合も、一般の光学レンズ等を想定した場合に、微細凹凸部１４のうち少なくとも凸部間隔Ａが、可視光の波長（３９０〜７００ｎｍ）のうち一番短い波長（３９０ｎｍ）よりも短い波長であることが好ましい。
【００３２】
なお、微細凹凸部１４の凸部間隔Ａは、使用波長より小さくすることが必要であるが、凸部高さＢは、ある程度高い方が光学素子基材と樹脂材料層との界面における屈折率を緩やかに変化させることが可能となり高い反射防止効果を得る事が可能となる。
【００３３】
ここで、凸部間隔Ａに対する凸部高さＢの比であるアスペクト比としては、２〜５であることが好ましい。該アスペクト比が２未満であると、光学素子基材と樹脂材料との界面における屈折率の変化が急激となり高い反射防止効果が得られなくなる場合があり、該アスペクト比が５を超えると光学素子基材上に樹脂材料を供給する際、微細凹凸部１４に樹脂材料が完全に充填しないという不具合が発生する場合がある。
【００３４】
本実施の形態においてガラス基材１０としては、光学面が平面である場合について説明したが、光学面が曲面であってもよい。
また、本実施の形態における複合光学素子の製造方法としては、前記第２の実施の形態における製造方法と同様の方法により製造することができるが、必ずしもこれに限られるものではない。
[第３の実施の形態] 
なお、「第１の実施の形態」で説明した部材と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
【００３５】
本実施の形態では、図１において、光学素子基材１０として合成樹脂を用い、この合成樹脂の表面に微細凹凸部１４を形成する場合の実施の形態を示す。
すなわち、まず前記第１の実施の形態における製造方法と同様の方法により、光学素子基材（ガラス）１０の表面に微細凹凸部１４を形成し、この微細凹凸部１４を有する光学素子基材（ガラス）１０を原盤として、電鋳により金型を製作する。これにより、金型の表面に微細凹凸部１４が転写される。なお、この電鋳とは、母型（凸型）の表面に厚メッキを行い、これを母型から剥離して母型と全く反対面の形状（凹型）を作る方法である。このようにして形成した金型を用い、成形手段により被成形品である合成樹脂の表面に微細凹凸部１４を転写する。
【００３６】
この場合の成形手段としては、熱可塑性樹脂を用いて射出成形するか、又は熱硬化性樹脂或いは紫外線硬化型樹脂を用いて注型成形する。こうして得られた樹脂材料からなる成形品の表面には、微細凹凸部１４が転写される。従って、この微細凹凸部１４を有する光学素子基材（樹脂材料）１０の表面に、第１の実施の形態で説明したと同様の樹脂材料層１２を形成する。
【００３７】
本実施の形態によれば、光学素子基材（樹脂材料）１０と樹脂材料層１２との境界面における光線の反射率を低減することができ、透過率の向上を図ることができる。また、光学素子基材（合成樹脂）１０の表面に、成形手段により微細凹凸部１４を同時に成形可能であるため、製造コストを低減することができる。
[第４の実施の形態] 
なお、「第１の実施の形態」で説明した部材と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
【００３８】
図７は第４の実施の形態に係る複合レンズの断面正面図を示す。
本実施の形態では、光学素子基材１０に形成した微細凹凸部１４の表面に、Ｓｉ（珪素）を含む膜を形成するものである。
【００３９】
本実施の形態では、例えば、第１の実施の形態と同様の方法により、ガラス基材１０の表面に微細凹凸部１４を形成し、更に、この微細凹凸部１４の表面に、蒸着によりＳｉＯ2膜を形成する。
【００４０】
ここで、ＳｉＯ2膜の膜厚としては、特に制限はないが、例えば、５０ｎｍとすることが好ましい。そして、このＳｉＯ2膜の表面に樹脂材料層１２を形成する。
このように、ガラス基材１０の表面にＳｉを含んだ膜を形成することにより、光学素子基材としてＳｉ含有率の低いガラスを用いて、その表面に樹脂層を形成してもガラスと樹脂の密着力を強くすることが可能となる。
【００４１】
本実施の形態によれば、前記と同様に、ガラス基材１０と樹脂材料層１２との境界面における光線の反射率を低減することができ、透過率の向上を図ることができる。また、中間にＳｉを含んだ膜を形成することで、Ｓｉ含有率が低いガラスを光学素子基材として適用することができる。
【００４２】
図８は、本発明の変形例を示す図である。本変形例では、光学素子基材（例えばガラス）１０に形成した微細凹凸部１４の表面に樹脂材料層１２を形成し、この樹脂材料層１２の表面にも微細凹凸部１４'を形成したものである。この実施の形態によれば、光学素子基材１０と樹脂層１２との境界面における光線の反射率を低減等することができるばかりでなく、複合光学素子全体について、反射率の低減及び透過率の向上を図ることができる。
［第５の実施の形態］
また、図９は、本発明の第５の実施の形態を示す図である。すなわち、図９は、複合光学素子としてのプリズムを示す。
【００４３】
本実施の形態に係るプリズムを構成する光学素子基材１０の入射面側には微細凹凸部１４が形成される。また、微細凹凸部１４上には樹脂材料層１２が形成されると共に、樹脂層１２の表面にも微細凹凸部１４'が形成される。更に、前記プリズムを構成する光学素子基材１０の出射面側にも微細凹凸部１４"を形成したものである。
【００４４】
なお、本実施の形態では、プリズムの入射面側に微細凹凸部１４と樹脂材料層１２を形成した場合について説明したが、これに限らず、出射面側に微細凹凸部１４と樹脂材料層１２を形成してもよい。本実施の形態によれば、複合光学素子（プリズム）全体について、反射率の低減及び透過率の向上を図ることができる。
【００４５】
また、以上説明した各実施の形態においては、光学素子基材１０の１つの光学面に樹脂材料層１２を形成した場合のみならず、光学素子基材１０の光学面の両面、即ち、複数の光学面に樹脂材料層１２を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る複合レンズの断面正面図、（ｂ）はその部分拡大図である。
【図２】本発明の複合レンズの製造方法を示す図である。
【図３】本発明の複合レンズの製造方法を示す図である。
【図４】本発明の複合レンズの製造方法を示す図である。
【図５】本発明の複合レンズの製造方法を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る複合光学素子に形成された微細凹凸部を示す表面斜視図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係る複合レンズの断面正面図である。
【図８】本発明の変形例を示す断面正面図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１        複合光学素子
１０      光学素子素材
１１      基材保持部材
１２      樹脂材料層
１２ａ    紫外線硬化型樹脂
１３      金型
１４      微細凹凸部
１４ａ    凸部
１４ｂ    凹部
１４'      微細凹凸部
１４"      微細凹凸部
Ａ        凸部間隔
Ｂ        凸部高さ
【図１】
2007025435.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007025435.tif 000005
【図４】
2007025435.tif 000006
【図５】
2007025435.tif 000007
【図６】
2007025435.tif 000008
【図７】
2007025435.tif 000009
【図８】
2007025435.tif 000010
【図９】
2007025435.tif 000011